دو مطالعه منتشرشده در هفته گذشته نشان میدهند که این موجودات میتوانند منبعی غنی از ترکیبات ضدمیکروبی باشند. آرکئاها به دلیل تواناییشان در زندگی در محیطهای بسیار شدید مانند چشمههای آبجوش و دشتهای شور مشهورند، اما آنها در بسیاری از محیطها در کنار باکتریها زندگی میکنند. پژوهشها نشان میدهند که این همزیستی ممکن است باعث شده باشد صدها گونه آرکئا ترکیبات شیمیایی منحصر به فردی تولید کنند که قادر به کشتن باکتریهای بیماریزا و مقاوم به آنتیبیوتیکهای معمولی هستند. هرچند این ترکیبات هنوز به داروهای تاییدشده تبدیل نشدهاند، اما کشف آنها میتواند مسیر تازهای برای پژوهشگران آنتیبیوتیک باز کند.
مطالعات منتشرشده در Nature Microbiology و PLOS Biology مورد توجه کارشناسان قرار گرفتهاند. جیم کالینز، مهندس زیستی از دانشگاه MIT که در زمینه کشف آنتیبیوتیک فعال است، میگوید: «من شگفتزدهام که پیش از این به آرکئاها توجه نکرده بودیم.» اکثر آنتیبیوتیکهای شناختهشده تاکنون از باکتریها یا قارچها استخراج شدهاند.
آرکئاها، که زمانی تصور میشد باکتری هستند، اکنون به عنوان یک حوزه مستقل در حیات شناخته میشوند؛ چرا که از نظر ژنتیکی و بیوشیمیایی با باکتریها و یوکاریوتها (شامل قارچها و موجودات چندسلولی) تفاوت دارند. به عنوان مثال، آرکئاها دیواره سلولی مشابه باکتریها ندارند و مانند یوکاریوتها هسته و اندامکهای غشایی جداگانه ندارند. با این حال، آرکئاها، باکتریها و یوکاریوتهای تکسلولی در بسیاری از محیطها کنار یکدیگر زندگی میکنند؛ مانند دستگاه گوارش انسان که در آن تولید متان میکنند، یا روده عقبی موریانهها که به هضم چوب کمک میکنند. توبیاس وارنکه، بیوشیمیست دانشگاه آکسفورد، میگوید: «اگر این موجودات در یک زیستگاه با هم زندگی کنند، احتمالاً همیشه با هم دوست نیستند.»
استفاده از هوش مصنوعی برای کشف آنتیبیوتیکهای آرکئا
برای بررسی اینکه آیا این تضادهای زیستگاهی باعث تولید ترکیبات ضدمیکروبی توسط آرکئا شده است یا خیر، تیمی به سرپرستی سزار د لا فونته، مهندس بیومولکولی از دانشگاه پنسیلوانیا، از الگوریتم هوش مصنوعی برای اسکن پروتئومهای آرکئا استفاده کردند. پروتئوم به کل توالی آمینواسیدی تمام پروتئینهای یک موجود زنده گفته میشود. هدف، شناسایی قطعات پروتئینی کوتاه و مخفی به نام پپتیدهای رمزگذاریشده بود که اغلب ویژگیهای ضدمیکروبی دارند و معمولاً هنگام تجزیه پروتئینهای بزرگ تولید میشوند.
اسکن پروتئوم ۲۳۳ گونه آرکئا بیش از ۱۲٬۶۰۰ پپتید بالقوه را شناسایی کرد. هوش مصنوعی هر پپتید را برای احتمال فعالیت ضدباکتریایی امتیازدهی کرد و سپس ۸۰ پپتید امیدوارکننده سنتز و آزمایش شدند. نتایج نشان داد که ۹۳٪ از آنها فعالیت ضدباکتریایی در برابر پاتوژنهای خطرناک انسانی مانند Staphylococcus aureus و Klebsiella pneumoniae دارند. مطالعات بیشتر نشان داد که اکثر این پپتیدها با دپولاریزه کردن غشای داخلی باکتریها، آنها را میکشند. این مکانیسم با بسیاری از پپتیدهای ضدمیکروبی شناختهشده متفاوت است که معمولاً با سوراخ کردن غشای خارجی باکتری عمل میکنند. یکی از پپتیدها، به نام «Archaeasin-73»، در آزمایشهای روی موش توانست باکتریهای ایجادکننده عفونت زخم را به اندازه داروی آخر خط پلیمیکسین B کاهش دهد.
آنزیمهای هیدرولاز و دفاع علیه باکتریها
وارنکه و همکارانش از زاویهای دیگر به بررسی آرکئاها پرداختند. باکتریها، بر خلاف آرکئاها، غشای سیتوپلاسم خود را با دیوارهای از پپتیدوگلیکان میپوشانند. آنها پرسیدند آیا آرکئاها آنزیمهای تجزیهکننده پپتیدوگلیکان به نام هیدرولاز دارند تا از خود در برابر باکتریها محافظت کنند؟ پاسخ مثبت بود: این آنزیمها در ۵٪ از بیش از ۳۷۰۰ گونه آرکئا یافت شد. بررسی ساختار پروتئینها نشان میدهد که بسیاری از این آنزیمها خارج از سلول ترشح میشوند و برخی آرکئاها دارای سازوکارهای شبیه سرنگ برای انتقال مستقیم این آنزیمها به باکتریها هستند. وقتی این آنزیمها در آزمایشگاه با باکتریها مواجه شدند، دیواره سلولی آنها را تجزیه کرده و باعث مرگشان شدند.
چشمانداز و اهمیت کشف
وارنکه و د لا فونته تأکید میکنند که هنوز این پپتیدها و آنزیمها به داروهای آماده درمان انسان تبدیل نشدهاند، اما مطمئناً آرکئاها حاوی ترکیبات ضدمیکروبی بیشتری هستند که منتظر کشفاند. وارنکه میگوید: «این احتمالاً تنها نوک کوه یخ است.»
آنچه از مقاله «آرکئاها؛ گنجینهای ناشناخته از آنتیبیوتیکهای آینده» آموختیم
-
آرکئاها موجوداتی تکسلولی و منحصر به فرد هستند که ژنتیکی و بیوشیمیایی با باکتریها و یوکاریوتها تفاوت دارند.
-
زندگی در محیطهای شدید و کنار باکتریها باعث شده آرکئاها ترکیبات شیمیایی منحصر به فردی تولید کنند.
-
پژوهش با هوش مصنوعی: اسکن پروتئوم ۲۳۳ گونه آرکئا بیش از ۱۲٬۶۰۰ پپتید بالقوه را شناسایی کرد.
-
فعالیت ضدباکتریایی بالا: از ۸۰ پپتید سنتز شده، ۹۳٪ در برابر پاتوژنهای انسانی مؤثر بودند.
-
مکانیسم عمل متفاوت: بسیاری از پپتیدها با دپولاریزه کردن غشای داخلی باکتریها آنها را میکشند.
-
نمونه موفق: پپتید «Archaeasin-73» در آزمایشهای حیوانی توانست باکتریهای ایجادکننده عفونت زخم را به اندازه داروی پلیمیکسین B کاهش دهد.
-
آنزیمهای هیدرولاز: حدود ۵٪ گونههای آرکئا آنزیمهایی تولید میکنند که دیواره سلولی باکتریها را تجزیه و باعث مرگ آنها میشوند.
-
چشمانداز پژوهشی: ترکیبات ضدمیکروبی آرکئا هنوز به داروهای تاییدشده تبدیل نشدهاند، اما نشاندهنده مسیر جدیدی برای توسعه آنتیبیوتیکهای نوین هستند.
-
نتیجهگیری: آرکئاها تنها نوک کوه یخ گنجینههای ضدمیکروبی هستند که منتظر کشفاند.
منبع:
💬 نظرات خود را با ما در میان بگذارید